PDF《塔里木盆地库车坳陷天然气气源对比》

塔里木盆地库车坳陷天然气气源对比 李剑(

1 , 2) 谢增业(

2 , 3) 李志生( 2) 罗霞(

2 , 3) 胡国艺( 2) 宫色( 4) ( 1) 中国科学院地质与地球物理研究所( 2) 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 ( 3) 中国地质大学( 北京)( 4) 中国矿业大学( 北京) 塔里木盆地是我国陆上面积最大的含油气盆地, 库车坳陷位于该盆地北部、南天山带之南 , 是中、新生 代前陆盆地,1998 年发现了克拉

2 气田和依南

2 气藏,

1999 年发现了吐孜洛克气田和大北

1 气田 ,2001 年发 现了迪那

2 气田 ,展示了该区天然气勘探的广阔前景, 为西气东输战略的顺利实施奠定了物质基础 .

库车坳 陷发育湖相泥岩和煤系泥岩、煤两大类烃源岩 ,目前发 现的天然气是源于煤系烃源岩还是源于湖相泥岩? 本 文针对这个问题 ,利用常规技术与新开发的技术, 结合 天然气形成地质背景进行气-源岩追踪对比 . 烃源岩发育情况 库车坳陷内沉积了巨厚的中 、新生界, 厚度超过 10km ,北部沉积较厚, 向南减薄, 呈楔状充填, 沉积中 心也由北向南迁移, 发育

2 个主要的生烃凹陷 ,即拜城 凹陷和阳霞凹陷 , 主要烃源岩为三叠系―侏罗系的暗 色泥岩及煤系泥岩和煤岩 .中、 晚三叠世发育冲积扇、 河流―湖泊相沉积, 形成克拉玛依组( T2+3k) 和黄山街 组( T3h) 暗色泥岩烃源岩.三叠纪晚( 末) 期至早 、 中侏 罗世发育河流―沼泽―湖泊相沉积, 形成塔里奇克组 ( T3t) 、 阳霞组( J1y) 和克孜勒努尔组( J2k) 煤层及煤系 泥岩 .它们构成了库车前陆盆地的有效烃源岩. 气源对比新方法简介 由于天然气组分较轻 ,可检测的参数较少 ,过去主 要利用C1 ―C4 碳同位素进行气源对比.但是, C1 ―C4 碳同位素不仅受有机质类型的影响, 还受热演化程度、 生物降解作用、运移等多种因素的影响, 这将降低气源 对比结果的可靠性. 九五 期间, 笔者开发了全岩热 模拟在线同位素技术, 检测了天然气和气源岩中具标 志特征化合物的稳定碳同位素比值, 并通过热变作用、 分子扩散吸附作用等在天然气生成、运移和聚集过程 中可能受到的影响因素的对比实验, 找到了受干扰小、 主要与成因有关的气源对比新指标 : 苯、甲苯、二甲苯、 甲基环己烷等轻烃单体碳同位素[

1 ] .为研究指标的可 靠性和适用性而进行的显微组分( 藻类体和镜质体) 热 模拟同位素检测实验发现,随温度升高 ,单一显微组分 模拟产物中甲苯碳同位素基本保持不变( 见表 1) ,而不 同显微组分之间相差较大( 约4‰),说明甲苯碳同位素 受成熟度的影响较小, 主要与烃源岩母质有关.就气 源岩而言 ,其有机质由多种显微组分组成 ,不同热演化 阶段生气的主要贡献者不同 ,因此, 碳同位素的变化主 要与干酪根分子结构有关.干酪根结构较单一的烃源 岩,其热模拟产物中的甲苯碳同位素受成熟度影响不 大, 而结构复杂的干酪根( 尤其 Ⅱ型干酪根) , 其甲苯碳 同位素值随成熟度变化呈台阶式跃变, 并在某一成熟 度范围内基本保持不变 , 说明同一烃源岩在不同热演 化阶段降解生烃的干酪根分子结构不同.因此利用 苯、 甲苯等轻烃碳同位素指标进行气源对比时须考虑 不同热演化阶段,进行动态对比. 表1烃源岩及显微组分在不同模拟温度下的 甲苯碳同位素值(‰) 温度( ℃ ) 藻类体 镜质体 依南

2 泥岩 板884 泥岩

400 -27.

3 -22.

9 -24.

6 -24.

6 500 -27.

4 -23.

0 -24.

8 -24.

5 600 -27.

1 -21.

7 -24.

3 -21.

2 650 -27.

2 -22.

0 -20.

5 700 -24.

2 -18.

5 天然气成因类型 天然气 C1 ―C4 碳同位素序列中 , 具有较强母质继 承性的 δ

13 C2 值是划分天然气成因类型最常用、最有 效的指标, 这已为许多学者所证实 [ 2~ 6] .表2列出了 库车坳陷克―依构造带主要气藏天然气甲、乙烷碳同 位素值.中、 西段白垩系产层的天然气, 其δ13 C1 大于 -

30 ‰, δ

13 C2 及δ13 C3 基本上均大于-20 ‰, δ

13 C4 值 介于 -

22 .

14 到-20 .

31 ‰之间, 这一甲烷及同系物碳 同位素值均很重的分布特征在国内外实属罕见, 它主 要受母质类型和成熟度双重因素的控制. δ

13 C1 大于

29 石油勘探与开发2001 年10 月PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT Vol.

28 No.

5 -

30 ‰的情况 ,在国内外一些高 ―过成熟的煤成气中 也曾出现( 戴金星等, 1995) .此外 , 典型的煤层烷烃 气,尽管不同成熟度下的 δ

13 C1 值有很大变化, 但乙烷 等重烃碳同位素值则主要在 -

20 ‰左右 ,甚至更重( 唐 修义等 ,1992) .从上述文献资料推测 ,库车坳陷克拉 苏构造带的天然气可能与煤系烃源岩有关 .烃源岩热 模拟产物及天然气苯 、 甲苯、 二甲苯之间碳同位素的直 接对比则进一步说明这些天然气与其源岩之间的关系 ( 详见下文) . 表2克―依构造带天然气碳同位素值表 井号层位 井段(m) δ

13 C1 ( ‰ ) δ

13 C2 ( ‰ ) δ

13 C3 ( ‰ ) δ

13 C4 ( ‰ ) 克拉

2 E1 1k 3500~

3535 -27.

3 -19.

4 克拉

2 K1bs 3888~

3895 -27.

8 -19.

0 克拉

3 E 3104. 6~ 3198.

8 -26.

0 -18.

7 克拉

201 E2 1k 3630~

3640 -27.

1 -18.

5 -19.

1 -20.

3 克拉

201 K1bs 3770~

3795 -27.

2 -17.

9 -19.

1 -20.

6 克拉

201 K1bs 3936~

3938 -26.

2 -18.

1 -19.

1 -22.

1 克拉

201 K1bs 4016~

4021 -27.

3 -19.

0 -19.

5 -20.

9 克拉

202 E 1472~

1481 -28.

2 -18.

9 -19.

3 -20.

9 大北

1 E 5568. 08~

5620 -29.

7 -21.

4 -20.

8 -21.

9 依南

2 J1a 4776~

4785 -32.

2 -24.

6 -23.

1 -22.

8 依南 2C J1y 4606~

4620 -36.

0 -27.

6 -24.

4 -23.

6 依南

4 J1y 3619. 39~ 3677.

1 -30.

7 -25.

8 -24.

4 -25.

4 吐孜

1 N1j 1680. 71~

1884 -29.

4 -18.

6 -18.

3 -19.

6 克孜

1 K1 1130~

1141 -35.

5 -26.

8 -22.

8 -21.

8 克孜

1 J1k 2955~

2970 -37.

0 -24.

3 -20.

9 -20.

5 依西

1 J2q 1908~

1925 -35.

5 -23.

4 -20.

6 -21.

6 依西

1 J2k 2340~

2367 -38.

4 -24.

2 -21.

9 -19.

3 天然气成熟度 根据有机质同位素分馏的基本原理 , 随着热演化 程度的增加 ,天然气的碳同位素值变重, 尤其是甲烷碳 同位素值受热成熟作用的影响更大 .国内外学者在研 究天然气成熟度时主要通过热压模拟方法, 求得烃源 岩模拟产物中甲烷碳同位素值随温度的变化, 建立相 应的 δ

13 C1-R o 关系式 .但各盆地古地理环境不同, 碳 同位素在自然界中的分布及热演化历史均不同, 故很 难把不同盆地的变化规律归纳为一个回归方程表达 式. 九五 期间笔者在前人研究的基础上 , 应用新开 发的全岩热模拟/气相色谱/同位素质谱分析检测技 术,测定烃源岩在温度条件下热模拟产物中的 δ

13 C1 值,建立了库车坳陷的天然气成熟度与稳定碳同位素 值的相关关系 ,较好地反映了该盆地的地质规律 . 库车坳陷西段克拉苏构造带克拉 2........